[实用新型]一种半无限空间冻结黏土导热系数测试装置

说明书

本实用新型涉及一种半无限空间冻结黏土导热系数测试装置，包括第一低温供水水域装置、第二低温供水水域装置、内恒温箱、土体、外恒温箱，所述内恒温箱、土体、外恒温箱均为圆环柱状结构，且土体的内侧壁与内恒温箱的外侧壁贴合，土体的外侧壁与外恒温箱的内侧壁贴合；所述土体的内部沿着圆周方向等间距的插装有冻结管，所述第一低温供水水域装置与外恒温箱连通，所述第二低温供水水域装置与内恒温箱连通。本实用新型结构设计合理，采用环形的结构设计来模拟传统的无限大平面，实现对黏土导热系数的测试，弥补了现有技术的空缺。

技术领域

本实用新型涉及黏土导热系数测试技术领域，具体的说是一种半无限空间冻结黏土导热系数测试装置。

背景技术

导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度K，℃，在1秒钟内1S，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米·度W/(m·K)，此处为K可用℃代替。

导热系数仅针对存在导热的传热形式，当存在其他形式的热传递形式时，如辐射、对流和传质等多种传热形式时的复合传热关系，该性质通常被称为表观导热系数、显性导热系数或有效导热系数。

现有的黏土的导热系数均停留在理论推导阶段，主要原因是在导热系数求导时定义的为无限大平面，然而实际上并不存在无限大平面，也无法用实验器材进行论证，因此迫切需求一种可对黏土导热系数进行模拟测试的装置。

发明内容

针对上述技术的缺陷，本实用新型提出一种半无限空间冻结黏土导热系数测试装置。

一种半无限空间冻结黏土导热系数测试装置，包括第一低温供水水域装置、第二低温供水水域装置、内恒温箱、土体、外恒温箱，所述内恒温箱、土体、外恒温箱均为圆环柱状结构，且土体的内侧壁与内恒温箱的外侧壁贴合，土体的外侧壁与外恒温箱的内侧壁贴合；所述土体的内部沿着圆周方向等间距的插装有冻结管，所述第一低温供水水域装置与外恒温箱连通，所述第二低温供水水域装置与内恒温箱连通。

所述第一低温供水水域装置、第二低温供水水域装置结构相同，均包括低温冷水域、加热管、电磁阀、冷凝器、压缩机、水泵，加热管安装在低温冷水域内，压缩机的输出端依次通过管路与冷凝器、电磁阀串接并接入到低温冷水域内，再从低温冷水域内通过管路接入到压缩机的输入端；第一低温供水水域装置的低温冷水域的输出端与水泵通过管路串接后接入到外恒温箱上，第一低温供水水域装置的低温冷水域的输入端通过管路接入到外恒温箱上；第二低温供水水域装置的低温冷水域的输出端与水泵通过管路串接后接入到内恒温箱上，第二低温供水水域装置的输入端通过管路接入到内恒温箱上。

所述冻结管的轴线方向与土体的轴线方向平行。

所述土体包括圆环状结构的石蜡层、包裹在石蜡层外侧壁上的圆环状结构的冻结黏土层，石蜡层的内壁、外壁上分别对应安装有第一电热偶测温端、第二电热偶测温端，所述冻结黏土层的内壁、外壁上分别对应安装有第三电热偶测温端、第四电热偶测温端。

一种半无限空间冻结黏土导热系数测试装置的测试方法，所述测试方法步骤如下：

第一步：开动两个循环冷浴即第一低温供水水域装置、第二低温供水水域装置，分别设定冷淋循环液温度为-10℃和-25℃；

第二步：冷浴循环液达到要求温度后再运行8h，开始测温，每隔10min测定一次标准试样和冻土试样两侧壁面的温度，并记录；当各点的温度连续三次测得的差值效益0.1℃时，试验结束；

第三步：采用以下公式计算计算冻结黏土导热系数：

式中，λ为冻结黏土导热系数；

λ₀为石蜡的导热系数；

Δθ为冻结黏土层的两壁面温差；